Химия

  На каждом химическом производстве требуется решать множество задач газового анализа, которые, условно, можно разделить на общие и специальные.
   К общим задачам газового анализа можно отнести те, специфика которых не меняется в зависимости от вида производимой предприятием химической промышленности конечного продукта. Таковыми являются типовые задачи безопасности:
- контроль ПДК РЗ по токсичным газам;
- контроль ДВК горючих газов и паров;
- контроль избытка/недостатка кислорода;
и типовые задачи контроля технологических процессов:
- непрерывный контроль чистоты кислорода (0-2% об. Н2 в О2) и водорода (0-1% об. О2 в Н2) – продуктов разложения воды методом электролиза на электролизной станции;
- непрерывный контроль чистоты кислорода (98-100% об. О2) и азота (микроконцентрации кислорода в N2) – продуктов разделения воздуха  на кислородно-разделительной станции;
- непрерывный экологический контроль дымовых газов, с расчетом валовых выбросов;
- и другие.

  Кроме типовых существуют специальные задачи газового анализа. Каждое химическое предприятие по-своему уникально, что обусловлено: видом производимой конечной продукции; технологическим циклом производства; видом установленного оборудования и т.д. Поэтому для каждого химического производства требуются зачастую уникальные и нетривиальные решения для газового анализа продуктов, образующихся в процессе производства.
 
   В качестве примера рассмотрим технологический процесс производства аммиака. Аммиак производится путем переработки атмосферного азота и природного газа; связывание атмосферного азота в виде аммиака происходит по уравнению:

N₂+3H₂=2NH₃+2Q,
 где Q - тепловой эффект реакции синтеза аммиака.
 
   Технология процесса производства выглядит следующим образом:
- получения водорода путем конверсии природного газа, которая  происходит в трубчатых печах под давлением 30-40 aтм. и температуре 525°С. После трубчатой печи, на первой стадии, необходим непрерывный автоматический контроль остаточного содержания метана в диапазоне от 0 до 10%. об.(обычно остается до 9% об. СН4); на второй стадии температура повышается до 850°С и происходит конверсия оставшегося метана. На выходе второй стадии имеем конвертируемый газ следующего состава: водород 60-66,5% об., азот 20-22,4% об., метан – 0,5% об., окись углерода – до 10% об., двуокись углерода 7-9% об., водяные пары;
- полученный конвертируемый газ проходит несколько стадий очистки: 
      - сероочистку, очищаясь от каталитических ядов. Обычно это происходит  на двух стадиях: первая стадия – гидрирование до Н2S при температуре 350-400°С и давлении 2-4 МПа; вторая стадия – абсорбция при температуре 200-500 °С;
      - следующий этап – это конверсия СО. Первая стадия происходит в реакторе при температуре 380-420 °С, после чего в конвертируемом газе остается не более 3,6% об. СО. Здесь  необходим непрерывный автоматический контроль СО в диапазоне от 0 до 10 % об. В результате второй стадии, после реактора должно остаться не более 0,5%. об. угарного газа; здесь так же требуется непрерывный автоматический контроль СО в диапазоне от 0 до 1 % об;
      - очистка от соединений азота (NO и NO2) проходит при температуре 180-320 °С на алюминиево-марганцевых катализаторах;
      - очистка от СО2 осуществляется методом абсорбции 20% раствором  моноэтаноламина HO-CH₂CH₂-NH₂  (МЭА) при давлении 1-3 МПа; остаточная концентрация  СО2 не более 0,01-0,1% об;
     - метанирование – тонкая очистка от СО и СО2 при температуре 250-350°С, давлении 2,7-2,8 МПа в присутствии восстановленного никелево-алюминиевого катализатора. Здесь необходим непрерывный автоматический контроль остаточного СО в диапазоне от 0 до 100 ррм;
      - и, в итоге, после стадии осушки мы получаем чистый водород;
- очищенная от примесей азотно-водородная смесь поступает в турбокомпрессор и, после сжатия до 200-300 атм., попадает в колонну синтеза, через кольцевые пространства между ее стенками. Пройдя между труб теплообменника, смесь поступает на катализатор, в присутствии которого осуществляется синтез аммиака;
- образовавшаяся смесь NН3-N-Н2 проходит по трубам теплообменника и попадает в холодильник, а затем в сепаратор. Отделенный в сепараторе от смесей газов жидкий аммиак поступает на склад. Непрореагировавшая смесь N-Н2  с помощью циркулярного насоса поступает обратно в колонну синтеза, ее состав контролируется при сбросе, продувке, при синтезе, причем особенно важен контроль аргона, так как он является ядом для катализаторов, при отравлении которых выработка аммиака будет падать. Поэтому в ней обычно непрерывно автоматически контролируют следующие параметры: N2 (до 21 %); Н2 (до 50-70 %); Аr (от 0 до 4 %); NН3 (до 3%), СН4 (до 10 %). 
 
   Из данного примера хорошо видно насколько сложен технологический процесс, и что практически на всех стадиях производства аммиака применяют аналитические газоанализаторы по определению вышеперечисленных компонент при разных условиях температуры, давления и содержания газа.
 
   Продукция ФГУП «СПО «Аналитприбор», используемая для решения типовых задач безопасности:
- непрерывный контроль ДВК горючих газов и паров: для взрывоопасных зон – датчики-сигнализаторы ДАТ-М, ДАК сблоками питания БПС-21М; для невзрывоопасных зон – сигнализаторы СТГ-3 с блоками питания БПС-3
- непрерывный контроль ПДК РЗ по токсичным газам, а также наблюдение за содержанием кислорода: для взрывоопасных зон – датчики-газоанализаторы ДАХ-М с блоками питания БПС-21М; для невзрывоопасных зон –сигнализаторы СТГ-3 с блоками питания БПС-3
- непрерывные контроль ДВК горючих газов и паров, ПДК РЗ по токсичным газам, а также наблюдение за содержанием кислорода – для объектов большой площади (предприятие в целом) – система СКАПО с применением датчиков ДАТ-М,ДАХ-М, ДАМ, ДАК
- индивидуальный переносной прибор для контроля ДВК горючих газов и паров – СГГ-20
- индивидуальный переносной прибор для контроля ПДК РЗ по токсичному газу или наблюдения за содержанием кислорода – АНКАТ-7631М
- переносной прибор для периодического контроля ДВК горючих газов, ПДК РЗ токсичных газов и избытка/недостатка кислорода (до 4 газов одновременно, в различных сочетаниях) – АНКАТ-7664Микро
 
   Продукция ФГУП «СПО «Аналитприбор», используемая для решения типовых задач технологии:
- непрерывный контроль чистоты О2 и Н2 – датчики-газоанализаторы ДАМ с блоками питания БПС-21М
- контроль микроконцентраций кислорода (чистота азота) – АНКАТ-500
- непрерывный экологический контроль дымовых газов, с расчетом валовых выбросов – комплект газоаналитического оборудования (КГО) с применением приборов ГАММА-100 и элементов пробоподготовки
 
   Продукция ФГУП «СПО «Аналитприбор», используемая для решения специальных задач газового анализа:
- в зависимости от требований заказчика, под технические условия конкретного промышленного объекта, разрабатывается один или несколько комплектов газоаналитического оборудования КГО, с применением приборов ГАММА-100, потоковых хроматографов, масс-спектрометров и других приборов, а также элементов пробоподготовки.